1.5 基站節能新趨勢

能量捕獲作為能量有效性研究中的新概念，拓展了能量的維度，使得能量有進有出，也改變了以往評價能量有效性的方法；作為供應能源的電網，正在如火如荼地發展智能電網技術，其中的需求側響應要求電網與用戶實現互動，電價作為互動的主要參量，為調節用戶耗能量發揮積極作用。根據電價來調整耗能不僅可以實現電網與用戶的互動節能，實現用戶的最大經濟效益，也可以保證電能的供需瞬間平衡要求，維護電網的穩定。

從供能角度來看，分布在不同地區的移動通信基站需要連接到電網，由電網提供能源。近年來，智能電網作為能源行業改革的一種新趨勢，正逐步展開深入研究和進行各地試點建設。在智能電網中，互動特征使得用戶將成為電力系統不可分割的一部分，鼓勵和促進用戶參與電力系統的運行和管理有助于平衡供求關系，以確保系統的可靠性。用戶根據其電力需求和電力系統滿足其需求的能力間的平衡來調整消費時間和消費量，可以減少或轉移高峰電力需求，使電力公司減少運營開支，通過減低線損和調峰機組的運營獲取環境效益。

因儲能技術的落后，電力作為特殊商品具有供需瞬間平衡特性，即生產出來必須立即消費掉。基于價格的需求側響應包括分時電價、實時電價（Real-Time Price，RTP）和尖峰電價，推行實時電價引導用戶消費電力資源是建設智能電網的重要組成部分。依靠實時電價引導減低高峰負荷，激勵用戶在低谷負荷時段消費電力，使電網在較高負荷率下安全可靠地運行，達到削峰填谷的目的，從而提高電網設備的利用率和發電效率。

因此，加強提供能源的智能電網與迫切需求能源的移動通信基站合作具有非常重要的現實意義。智能電網中因能源的構成多樣化，包含易波動的新能源、傳統能源等，社會總的耗能量也在不斷變化，且引起實時電價的起伏。可將智能電網供電作為一種特殊的能量捕獲技術，依靠智能電網供電的基站，根據實時電價的高低來調整自身的耗能情況。當電力價格低時，可以利用較多耗能換取其他資源的節省或較低的能效換取其他性能的提升，如頻譜效率、時延和帶寬等，并保證電網的瞬間平衡；當電力價格高時，則以降低能耗與提高能效為主要目標。

目前在基站側節能方面的研究主要集中在能量有效性的資源管理和能效與頻效的均衡關系式上，有關引入能量捕獲維度的基站節能以及基站與智能電網的協同節能方面較少涉及。目前少有文獻對智能電網供電下的無線通信網絡能效進行研究。Hasan等人在綜述[1]中首次提到電網與BS可以合作節能；Han等人[18]研究基站由電網和綠色能源共同供電時，通過最大化綠色能源的利用以節約電網能源，綠色能源的生產和信息流量的時空多樣性決定綠色能源的最優利用情況，但是僅考慮的是中時間尺度的蜂窩服務半徑縮放措施；Bu等人[71-73]對存在多個電力零售商供電下的基站，通過基站和電力零售商的雙向選擇博弈，實現基站最優能效和電力零售商利益最大化，但是負的電力價格和波動過大的電力價格既不符合實際，也不利于系統的穩定；Ng 等人[74]對包含可再生能源和常規能源供電下的基站能效研究，分為基于分數規劃的離線資源分配和基于隨機動態規劃的在線資源分配，但是未考慮不完全信道信息和能量匱乏情況。上述研究或是認為電力價格是恒定的，或是未使用浮動電力價格模型，沒有體現不同用戶用能的差異性和節能效果，且未涉及對能效與頻效的均衡關系的影響分析。

地理位置的多樣性導致了可再生能源資源的多變性，因為電池有限的儲存容量，應對可再生能源波動就需要采取多基站間協作的方法。利用電力線連接多個基站，使得能源能夠在多個基站間流動共享，可以由能量充裕的基站分享能量來補償另一個由于有較高的用戶需求量或可再生能量獲取匱乏的基站，從而有效增強基站群應對可再生能量波動的能力。另外一種常用的方法是把可再生能源和傳統電網能源同時連接到基站，將傳統電網能源作為可再生能源的一個后備能源，形成異構能源供電，以保證基站的服務質量要求。

此外，隨著智能電網技術的推進，分布式的基站負載連接到電網時可以啟用的雙向能量與電網交易，以便更靈活地利用其本地產生的可再生能源，如在可再生能源過剩的情況下，一個基站可以出售過多能量到電網，在相反的可再生能源缺乏情況下，可以從電網購買額外的能量保持其正常運行。

可見，多個蜂窩基站具有各自的可再生能量獲取能力，且各自服務的業務流量也是隨機波動的，差異化的動態綠色能量與動態業務流量構成多蜂窩基站能量合作的主要特征，使得綠色能量的協同高效利用成為可能。